دیگ موتورخانه چیست؟

دیگ‌های موتورخانه مخازن پرفشاری هستند که برای گرم کردن آب یا تولید بخار طراحی شده‌اند که می‌توانند برای گرمایش محیط یا گرم کردن آب گرم مصرفی ساختمان استفاده شوند. در گرمایش اغلب مجتمع های تجاری، منبع گرمای دیگ موتورخانه مشعل‌هایی هستند که با سوختن گاز طبیعی کار می‌کنند. همچنین می‌توان از مشعل‌هایی گازوئیلی یا با سوخت مازوت (به ندرت) نیز استفاده کرد. در برخی مصارف تاسیسات گرمایشی، استفاده از بخار ترجیح داده می‌شود. مانند: سیستم‌های سرمایش جذبی، آشپزخانه‌ها، رخت‌شویی‌ها، ضدعفونی‌کننده‌ها و تجهیزاتی که با بخار کار می‌کنند.

دیگ‌های موتورخانه قابلیت‌هایی دارند که باعث شده است بخش اصلی و متداول ساختمان‌ها باشند. دیگ‌ها عمر طولانی دارند و راندمان دیگ می‌توانند به راندمان ۹۵% و بالاتر دست یابند، روش‌های مؤثری را برای گرمایش ساختمان فراهم می‌کنند و در سیستم‌های بخار به انرژی پمپاژ خیلی ناچیز و یا صفر احتیاج دارند. اما سوخت ممکن است میزان قابل توجهی هزینه را در بر داشته باشد و نگهداری منظم نیز توسط مهندس تاسیسات الزامی است و اگر به تاخیر بیفتد هزینه تعمیر و نگهداری موتورخانه می‌تواند زیاد باشد.

دیگ‌های موتورخانه اغلب بزرگترین مصرف کننده‌های انرژی در ساختمان هستند. هرسالی که از سیستم دیگ مراقبت نشود، هزینه‌های آن تقریبا ۱۰% افزایش می‌یابد. بنابراین توجه به اجرا و نگهداری دیگ توسط پیمانکار نگهداری موتورخانه می‌تواند شروع خوبی برای کاهش مصرف انرژی و هزینه باشد.

طرز کار دیگ‌ها

هر دو نوع دیگ موتورخانه گازی و گازوئیلی برای گرم کردن آب از سوختن کنترل شده سوخت استفاده می‌کنند. اجزای حیاتی که در این فرایند مشارکت دارند شامل مشعل، محفظه احتراق، مبدل حرارتی و کنترل‌ها می‌باشند.

دیگ‌های آتش در لوله که آب در پیرامون لوله‌ها قرار دارد

مشعل، سوخت و اکسیژن را باهم ترکیب می‌کند و به کمک یک دستگاه احتراق شرایط سوختن را ایجاد می‌کند. این سوختن در یک محفظه احتراق اتفاق می‌افتد و گرمای تولید شده به آب مبدل حرارتی منتقل می‌شود. کنترل‌ها فرایند احتراق، میزان اشتعال مشعل، سوخت لازمه، میزان هوای لازم، دمای آب، فشار بخار و فشار دیگ‌های موتورخانه را تنظیم می‌کنند.

آب گرم تولید شده توسط دیگ، از درون لوله‌ها پمپاژ می‌شود و به تجهیزات ساختمان می‌رسد که می‌تواند شامل کویل آب داغ در فن کویل‌ها، تجهیزات گرمایشی آب داغ و سیستم‌های حرارتی باشد.

دیگ‌های بخار، بخار تولید می‌کنند که بدون نیاز به منبع انرژی خارجی مانند پمپ، از طریق لوله‌ها از مناطق پرفشار به مناطق کم فشار جاری می‌شوند. بخار مصرفی برای گرمایش می‌تواند به طور مستقیم برای تجهیزاتی که با بخار کار می‌کنند استفاده شود. و یا از طریق مبدل حرارتی می‌تواند گرما را برای تولید آب داغ برای تجهیزات تولید کند.

در ادامه به شرح انواع مختلف دیگ‌ها، به جزئیات بیشتر در طراحی ویژه سیستم دیگ می‌پردازد.

دیگ‌ها براساس دما و فشار حین فعالیت، نوع سوخت مصرفی، روش مکش هوا، اندازه و ظرفیت و انجام تقطیر بخار آب در گازهای احتراقی، دسته بندی می‌شوند. همچنین دیگ‌ها برخی اوقات با اجزای حیاتی‌شان مانند ابزار مبدل حرارتی یا طراحی لوله توصیف می‌شوند. این مشخصه‌ها در بخش‌های بعدی اجزای حیاتی دیگ‌ها شرح داده می‌شوند.

ارائه خدمات حرفه ای تعمیر و نگهداری موتورخانه

دو نوع اصلی دیگ موتورخانه – واترتیوب / فایرتیوب

شامل فایرتیوب Fire-Tube (آتش در لوله، آب در پیرامون لوله) و واتر تیوب Water-Tube (آب در لوله و آتش در پیرامون لوله) می باشد. در دیگ فولادی (فایر تیوب)، گازهای داغ احتراق در مجموعه‌ای از لوله‌ها که با آب احاطه شده‌اند جاری می‌شوند. متقابلا در دیگ واتر تیوب، آب در لوله‌هایی جاری می‌شوند که گازهای داغ حاصل از احتراق در بیرون لوله‌ها جریان دارند.

دیگ فولادی چیست؟

دیگ‌های فولادی معمولا برای بخار کم فشار یا مصرف آب داغ استفاده می‌شوند و در دامنه سایزهای ۵۰۰۰۰۰ تا  ۷۵۰۰۰۰۰۰   BTU  در دسترس‌اند. دیگ‌های فولادی اصولا در مصارف بخار فشار بالا و به طور گسترده برای مصارف گرمایشی استفاده می‌شود. دامنه تغییرات سایز از ۵۰۰۰۰۰ تا بیش از ۲۰۰۰۰۰۰۰ BTU متغیر است.

دیگ چدنی چیست؟

دیگ‌های چدنی که به صورت مقطعی چدنی هستند نوع دیگری از دیگ موتورخانه محسوب می‌شوند که درگرمایش مکان‌های تجاری کاربرد دارند. این دیگ‌ها از لوله استفاده نمی‌کنند اما در عوض دارای مقاطع چدنی با راهرو آب و گاز احتراقی هستند. بخش‌های چدنی به هم پیچ و مهره شده‌اند و به رادیاتور بخار شبیه‌اند. این بخش‌ها توسط واشر نسوز به یکدیگر متصل شده‌اند. این دیگ‌ها برای تولید بخار یا آب گرم استفاده می‌شوند و در اندازه‌های ۳۵۰۰۰ تا ۱۴۰۰۰۰۰۰ BTU در دسترس‌اند.

مزایا و معایب دیگ چدنی

دیگ‌های چدنی بسیار مفیدند چرا که می‌توانند در محل زیر ساختمان گردآوری شوند و از طریق درها و درگاه‌های کوچک‌تر عبور داده شوند. مهم‌ترین اشکال آن‌ها این است که به دلیل اتصال بخش‌ها به وسیله واشر هنگام کهنه شدن واشر و یا آسیب دیدن با واکنش‌های شیمیایی، مستعد نشتی هستند. از دیگ‌های چدنی معروف در ایران می‌توان به دیگ چدنی شوفاژکار و دیگ چدنی M.I.3  ساخت شرکت لوله و ماشین سازی ایران اشاره نمود.

در مورد مزایا و معایب دیگ‌های چدنی به اختصار می‌توان گفت که حمل و نقل آسان به دلیل پره‌ای بودن از مهم‌ترین ویژگی‌های آن‌هاست. ولی تحمل آن‌ها در مقابل فشار حاصل از ارتفاع ساختمان پایین است. مدل استار ۱۳۰۰ شوفاژکار در بین محصولات این شرکت تحمل قابل قبولی در مقابل فشار دارد.

دیگ چدنی پره‌ای

دما و فشار حین فعالیت

دیگ‌های موتورخانه چه در دسته‌بندی کم‌فشار و چه در پرفشار باید مطابق دستورالعمل‌های لوله‌های فشار و دیگ انجمن مهندسی مکانیک عمل کنند. در دیگ‌های کم فشار حداکثر فشار حین اجرا باید ۱۵ psig(اندازه پوند در هر اینچ مربع) برای بخار و ۱۶۰ psig  برای آب داغ باشد. در تأسیسات بیشتر از دیگ‌های کم فشار استفاده می‌شود. دیگ‌های پرفشار برای فعالیت در محدودیت‌های فشار فراتر از دیگ‌های کم فشار ساخته شده‌اند و عموما برای نیروگاه‌ها استفاده می‌شوند. دمای آب برای دیگ‌های آب داغ ۱۲۱ درجه سانتی‌گراد می‌باشد.

نوع سوخت

در مجتمع‌های تجاری، بیشتر از گاز طبیعی به عنوان سوخت دیگ‌های موتورخانه استفاده می‌شود چرا که معمولا به راحتی در دسترس است، پاک می‌سوزد و از گازوئیل و برق مقرون به صرفه‌تر است. بعضی دیگ‌های موتورخانه طوری طراحی شده‌اند که می‌توانند از بیشتر از یک نوع سوخت استفاده کنند (معمولا گاز طبیعی و گازوئیل). دیگ‌های دوگانه سوز گاز اضافی را برای مواقعی که قطعی سوخت رخ می‌دهد فراهم می‌کنند. همچنین به مصرف‌کننده این امکان را می‌دهد هنگامی که میزان گاز طبیعی به اوج می‌رسد از سوخت نفتی (گازوئیل) استفاده کند. وقتی میزان گاز طبیعی از مقدار دیگر سوخت‌ها بیشتر باشد، با استفاده از سوخت ارزان‌تر و محدود کردن استفاده از گاز طبیعی، می‌توان در هزینه مصرف سوخت صرفه‌جویی کرد.

دیگ‌های الکتریکی در ساختمان‌هایی استفاده می‌شوند که به مقدار خیلی کمی بخار احتیاج دارند و یا به گاز طبیعی دسترسی ندارند. از دیگ‌های الکتریکی به عنوان دیگ‌های تمیز، بی سرو صدا، کم سایز و با نصب آسان یاد می‌شود. نداشتن فرآیند سوختن از پیچیدگی در طراحی و اجرا و نگهداری لازم می‌کاهد. عوامل گرم کننده در صورت خرابی می‌توانند به راحتی جایگزین شوند. این نوع دیگ‌های موتورخانه می‌توانند برای تولید بخار یا آب کم فشار یا پرفشار استفاده شوند و یا برای آن دسته از مصرف کنندگانی که در محدودیت قوانین انتشار گاز قرار دارند می‌تواند گزینه خوبی باشد. دامنه تغییرات سایز آن‌ها از ۳۰۰۰۰ تا ۱۱۰۰۰۰۰۰ BTU input متغیر است. به طور کلی راندمان آن  ۹۲% تا ۹۶% است.

روش‌های مکش هوا

اختلاف فشار بین محفظه احتراق دیگ و هواکش (که به آن دودکش خروجی نیز می گویند) باعث ایجاد یک مکش می‌شود که محصولات حاصل از سوختن را در طول دیگ حمل و به سمت دودکش هدایت می‌کند. مکش طبیعی دیگ‌ها برای خارج کردن محصولات حاصل از احتراق از طریق هواکش و هدایت هوای تازه به درون محفظه احتراق، به شناوری طبیعی گازهای داغ وابسته است. مکش مکانیکی دیگ‌های موتورخانه شامل: هوای با فشار، محلی که هوا با فشار به وسیله فن یا دستگاه دمنده برای حفظ فشار مثبت، به محفظه احتراق وارد می‌شود. مکش القایی، محلی که هوا از طریق محفظه احتراق به وسیله فن یا دستگاه دمنده برای حفظ فشار منفی، کشیده می‌شود.

اندازه و ظرفیت

دیگ‌های ماژولار modular از لحاظ سایز و ظرفیت کوچک‌اند و معمولا برای جایگزین کردن چند دیگ کوچک به جای یک دیگ بزرگ استفاده می‌شوند. این دیگ‌های modular از درگاه‌های استاندارد عبور می‌کنند و از طریق راه پله و آسانسورها قابل حمل می‌باشند. این دستگاه‌ها در ترتیب‌های مختلف می‌توانند چیده شوند تا از مکان‌های کوچک بیشترین استفاده را ببریم و یا تجهیزات دیگر را در آن مکان‌ها جاسازی کنیم. این دیگ‌ها می‌توانند به طرز کارآمدی بار گرمایشی مورد نیاز را فراهم کنند.

دیگ چگالشی یا  Condensing Boiler

دیگ‌های آب داغ قدیمی بدون تقطیر بخار آب از هواکش گاز عمل می‌کنند. این امر از خوردگی و تحلیل اجزا جلوگیری می‌کند. دمای آب برگشتی دیگ‌های تقطیر کننده هنگام فعالیت، به نسبت دیگ‌های قدیمی کم‌تر است که باعث تقطیر بخار آب خروجی از هواکش می‌شود. این امر دیگ چگالشی را قادر می‌سازد تا گرمای اضافی را از تغییر فاز بخار آب به مایع استخراج و راندمان دیگ را افزایش دهد. مقداری کربن دی اکسید در تقطیر حل می‌شود و به صورت کربنیک اسید در می‌آید. در حالی که برخی از دیگ‌های چگالشی برای کنترل تقطیرهایی که باعث خوردگی می‌شوند ساخته شده‌اند، ولی بقیه دیگ‌های موتورخانه به تجهیزاتی برای خنثی کردن تقطیر نیاز دارند. دیگ‌های موتورخانه سنتی که عملیات تقطیر را انجام نمی‌دهند اصولا در دامنه راندمان  سوختن ۷۵%-۸۶% و دیگ های تقطیرکننده در دامنه ۸۸%-۹۵% راندمان سوختن فعالیت می‌کنند.

اجزای اصلی دیگ موتورخانه

اجزای مهم دیگ موتورخانه شامل مشعل، محفظه احتراق، مبدل حرارتی، دودکش خروجی و کنترل‌ها می‌باشند. لوازم دیگ همچون ذخیره کننده‌های انرژی گاز دودکش نیز عموما به عنوان روش مؤثر برای بازیافت گرما از دیگ استفاده می‌شوند که در بخش‌های بعد به بحث کوتاهی درباره آن می‌پردازیم.

دیگ‌هایی که با گاز طبیعی کار می‌کنند از یکی از دو نوع مشعل‌ها استفاده می‌کنند، مشعل اتمسفریک (مکش طبیعی) و مشعل هوای با فشار (هوای اجباری) یا مشعل برقی. عموما برای قواعد کاهش اتلاف و ثبات کیفیت هوا از مشعل‌های Nox (نوعی از اکسیدهای نیتروژن که بیشترین ارتباط با آلودگی هوا را دارند) کم و مشعل  pre-mix (مشعل‌هایی که هوا و گاز قبل از فن مخلوط می‌شوند) استفاده می‌شود و حتی در برخی مناطق مورد نیاز است. برای تضمین سودمند بودن مخلوط کردن هوا و سوخت که به مشعل وارد می‌شود، این نوع مشعل‌ها می‌توانند کاهش نشت NOx را تضمین کنند.

دیگ تحت فشار با هوا

محفظه احتراق، معمولا از جنس فولاد یا چدن، جایگاه مشعل و فرآیند سوختن است. دمای داخل محفظه احتراق می‌تواند به سرعت به چندین هزار درجه برسد.

مبدل‌های حرارتی ممکن است از چدن، مجموعه لوله‌های فولادی و در دیگ‌های موتورخانه کوچک‌تر از مس یا فولاد با روکش مسی ساخته شده باشند.

دودکش خروجی یا هواکش نوعی لوله است که گازهای داغ حاصل از احتراق را از دیگ موتورخانه به بیرون هدایت می‌کند. این لوله معمولا از فولاد ساخته شده است، اما در دیگ‌های تقطیر کننده برای کنترل خوردگی ناشی از تقطیر باید با فولاد ضد زنگ ساخته شود. توجه کنید که دودکش خروجی تحت فشار مثبت است یا منفی. این امر طریقه اتصال مفاصل به یکدیگر را تعیین می‌کند.

کنترل‌های دیگ‌های موتورخانه به تولید منظم، سودمند و امن آب داغ یا بخار کمک می‌کنند. کنترل احتراق و فعالیت، میزان مصرف سوخت را با توجه به مقدار مورد نیاز تنظیم می‌کند. کنترل اجرایی اصلی دمای آب داغ یا فشار بخار را نشان می‌دهد و سیگنال را برای کنترل میزان سوختن که در آن مقدار هوا و سوخت وارد مشعل می‌شوند، ارسال می‌کند. عموما ترتیب سوختن در مشعل به صورت روشن/خاموش، زیاد/کم/خاموش و تدریجی است.

کنترل امنیتی دیگ‌های موتورخانه شامل بالا بودن دما و فشار، بالا و پایین بودن فشار گاز/ گازوئیل، بالا و پایین بودن سطح آب و کنترل تدابیر امنیتی شعله می‌باشد. این کنترل‌ها امنیت و محدودیت‌هایی که باعث شکاف مدار الکتریکی می‌شوند را در نظر می‌گیرد تا از آتش سوزی دیگ‌های موتورخانه جلوگیری کند.

به طور مثال هنگامی که میزان فشار دیگ از محدوده تنظیم شده بالاتر رود، شیر سوخت برای جلوگیری از خطرات ناشی از فشار بالا بسته می‌شود. مسائل امنیتی در سیستم کنترل تدابیر امنیتی شعله  شامل کلیدهایی برای قطع آب، محدودیت‌های زیاد، کلیدهای نگهداری ثبات هوا، کنترل اجرایی و حسگر شعله می‌باشد. حسگر شعله اغلب شامل  میله‌ها  و حسگرهای اشعه فرابنفش و فروسرخ می‌باشد که برای نشان دادن وضعیت شعله و غیر فعال کردن مشعل در شرایط پرخطر و ناامن که احتراق صورت نگرفته استفاده می‌شود. کنترل تدابیر امنیتی شعله برای راه اندازی و چرخه آن در طی مراحل اجرایی، تنظیم شده است.

ایمنی دیگ موتورخانه

تمامی تجهیزات مربوط به احتراق باید به طور صحیح فعالیت کنند تا از ایجاد شرایط پرخطر و رخ دادن فاجعه و صدمات انسانی و ساختمانی جلوگیری شود. اصلی‌ترین دلیل انفجار دیگ‌های موتورخانه، احتراق گازهای اشتعال‌زایی است که درون دیگ‌های موتورخانه انباشته شده‌اند. این اتفاق می‌تواند دلایل مختلفی داشته باشد از قبیل: سوخت، هوا و یا قطعی فرآیند احتراق به هر دلیلی، خاموش شدن شعله و انباشته شدن گازهای اشتعال زا که سبب سوختن مجدد می‌شوند.

درون دیگ‌های موتورخانه به میزان قابل توجهی انرژی ذخیره شده وجود دارد. تغییر حالت آب با دمای بسیار بالا از مایع داغ به بخار انرژی زیادی را آزاد می‌کند. (در حقیقت آب گرم پرفشار، می‌تواند در فشار اتمسفر به بخار تبدیل شود. به این پدیده فلشینگ میگویند) به طور مثال ۱ فوت مکعب از آب هنگامی که به بخار تبدیل می‌شود به اندازه ۱۶۰۰ فوت مکعب منبسط خواهد شد. بنابراین اگر شما بتوانید همه انرژی حاصل از انفجار ۳۰ گالن آب گرم خانگی در دمای ۱۶۶ درجه سانتیگراد را به دام بیندازید، شما نیروی لازم برای پرتاب یک ماشین با وزن متعادل (۱.۱۳ تن) تا ارتفاع ۱۲۵ فوت را با شتاب اولیه ۸۵ مایل بر ساعت خواهید داشت. این ارتفاع معادل ارتفاعی بیش از یک ساختمان ۱۴ طبقه است .

ایمنی دیگ‌های موتورخانه هدف اصلی هیئت ناظرین دیگ و لوله‌های فشار است. آن‌ها به این نتیجه رسیده‌اند در رده اول دلیل صدمات وارد شده، خطاهای اجرایی و نگهداری موتورخانه ساختمان بوده است که این امر اهمیت داشتن یک پیمانکار تاسیسات متخصص مجرب تعمیر و نگهداری موتورخانه را نشان می‌دهد.

بر اساس توصیه سازندگان، دیگ‌ها باید به طور منظم بازرسی شوند. عدم نقص لوله فشار، چک کردن و اطمینان از امنیت شیرها، دستگاه‌های قطع جریان آب و شناور بودن صحیح، مقیاس‌ها و میزان سطح آب باید همگی بررسی شوند. مشعل و سوخت سیستم دیگ، برای اطمینان از صحیح و کارآمد بودن فعالیت، انتقال گرما و بررسی اشتعال صحیح، به رسیدگی و نگهداری صحیح احتیاج دارند.

بهترین روش‌های برای افزایش راندمان دیگ موتورخانه

درصد انرژی گرمایی که در سوخت ذخیره و توسط سیال مورد استفاده دیگ به دام انداخته شده است (مثلا آب)، با راندمان احتراق دیگ تعیین می‌شود. دستیابی به راندمان احتراق ۸۰% و بیشتر در دیگ‌های آب داغ و دیگ‌های بخار کم فشار در مجتمع تجاری امکان‌پذیر است.

هنگامی که سوخت هیدروکربنی مانند گاز طبیعی یا گازوئیل بسوزد و صرفا کربن دی اکسید تولید کند، فرآیند احتراق کامل صورت می‌گیرد. اگر میزان اکسیژن یا ترکیب سوخت و اکسیژن کافی نباشد، سوخت ناقص رخ می‌دهد و باعث تولید محصولات دیگر سوختن مانند کربن مونو اکسید و سوخت مصرف نشده می‌شود.

هنگامی که سوخت ناقص رخ دهد، انرژی شیمیایی سوخت به طور کامل به گرما تبدیل نمی‌شود و راندمان احتراق را کاهش می‌دهد. این امر باعث ایجاد دغدغه و نگرانی امنیتی می‌شود که ممکن است سوخت مصرف نشده در دودکش مشتعل و سبب انفجار شود. دیگ‌ها باید برای دستیابی به سوختن کامل تنظیم شوند. یک استراتژی برای تضمین سوختن کامل تأمین کردن مقدار اضافی از هواست. همانطور که در ادامه نشان داده شده است مقدار کمی از هوای اضافی باعث افزایش راندامان احتراق و اما مقدار زیاد آن باعث کاهش راندمان می‌شود.

راندمان احتراق در مقابل هوای اضافی

برای بالا رفتن راندمان کلی دیگ، گرمای آزاد شده از فرآیند احتراق باید به طور صحیح به درون سیال مورد استفاده منتقل شود. هر گرمایی که به سیال منتقل نشود از طریق بدنه دیگ یا گاز دودکش از دست می‌رود. دمای گاز درون دودکش نشانگر خوبی برای فرآیند انتقال گرما و در نتیجه راندمان می‌باشد.

محدودیت‌های عملی برای میزان کم بودن دمای دودکش وجود دارد. دمای آن از سیال مورد استفاده در دیگ بیشتر خواهد بود. در دیگ‌هایی که تقطیر انجام نمی‌دهند باید دما به اندازه‌ای بالا باشد که بخار آب در دودکش خروجی تقطیر نشود و سطح انتقال گرما را در تقطیری که باعث خوردگی می‌شود پاک کند . دیگ‌های چگالشی که از گاز طبیعی استفاده می‌کنند با لوازمی ساخت و طراحی شده‌اند که در مقابل خوردگی مقاومند. و همچنین دمای دودکش آن‌ها می‌تواند کمتر از ۶۵.۵ درجه سانتیگراد باشد. به دام انداختن گرمای تقطیر راندمان را به بیش از ۹۰% می‌رساند.

چارت راندمان احتراق برای گاز طبیعی

تصویر بالا چارت راندمان احتراق برای سوخت گاز طبیعی با نیروی برق است که رابطه هوای اضافی و دمای گاز دودکش را با راندمان احتراق نشان می‌دهد.

به عنوان مثال با دنبال کردن خط Step 1 در نمودار، میزان اکسیژن ۹% در گاز دودکش (همانطور که در نمودار مشاهده می‌شود معادل تقریبا ۶۷% هوای اضافی) و ۵۰۰ درجه فارنهایت افزایش دمای گاز دودکش، راندمان احتراق متناظر حدود ۷۶.۵ % مشاهده می‌شود. در همان افزایش دمای گاز دودکش به میزان ۵۰۰ درجه ی فارنهایت، در خط Step 2 نشان می‌دهد که کاهش اکسیژن در گاز دودکش به ۲% باعث افزایش راندمان احتراق و رساندن آن به حدود ۸۱.۵ % می‌شود. هرچه درصد اکسیژن در گاز دودکش کمتر باشد، گرمای کمتری به اکسیژن اضافی منتقل می‌شود و در نتیجه راندمان سوخت افزایش پیدا می‌کند. هرچه راندمان بیشتر شود، گرمای بیشتری به جای انتقال به گاز دودکش، به آب ورودی منتقل خواهد شد و بنابراین دمای گاز دودکش کاهش می‌یابد.

استفاده از کنترل دیگ برای بهینه‌سازی نسبت هوا-سوخت  Air Fuel Ratio

برای اطمینان از سوختن کامل، هوای اضافی برای مشعل مطرح می‌شود. اما مقدار بیش از حد باعث گرم شدن بیش از اندازه هوا و خروج از هواکش دیگ، کاهش راندمان دیگ و ایجاد مشکلات امنیتی خواهد شد. وقتی دیگ میزان شده باشد، هدف آن به حداکثر رساندن راندمان احتراق با تأمین کردن هوای اضافی به طور دقیق و به میزان کافی برای سوختن کامل است اما نه بیش اندازه لازم که راندمان را کاهش دهد. چه میزان هوای اضافی برای سوختن کامل لازم است؟

این میزان در طراحی‌ها و شرایط مختلف دیگ و مشعل و مقدارهای مختلف اشتعال مشعل، متفاوت است اما معمولا بین ۲-۳ درصد می‌باشد. هوای اضافی همچنین باید با نوسانات دما، چگالی و رطوبت هوای احتراق دیگ در طول روز و فصل سازگار شود. مطلوب است که میزان هوای اضافی را در کل محدوده اشتعال ثابت نگه داریم.

به یاد داشته باشید که سوختن کامل برای تضمین کردن فعالیت کارآمد دیگ‌های موتورخانه مسئله‌ای حیاتی است. سوختن ناقص سوخت یا خام سوزی می‌تواند به میزان قابل توجهی تا ۱۰% یا بیشتر راندمان دیگه را کاهش دهد، در حالی که تنها ۱۰% هوای اضافی می‌تواند تأثیر بسزایی تا حدود ۱% بر راندمان دیگ داشته باشد.

از نشانه‌های سوخت ناقص می توان خروج دود، شعله زرد، خاموش شدن شعله و لوله‌های دیگ‌های موتورخانه دوده‌ای و سیاه شده را نام برد. برای اطمینان از بهینه شدن فرآیند احتراق بهتر است موتور دیگ‌های موتورخانه را سالانه تنظیم کنید. در دیگی که از گاز طبیعی استفاده می‌کند، معمولا حدود ۱۰% هوای اضافی برای تضمین سوختن کامل و رسیدن به حداکثر راندمان، مناسب است که متناظر ۲ الی ۳ درصد اکسیژن اضافی است. فعالیت با بیشتر از ۱۰% هوای اضافی مطلوب نیست و ممکن است باعث کاهش راندمان و انتشار بیشتر شود. بنابراین ترجیح بر این است که در کل محدوده اشتعال، میزان هوای اضافی را در حد مطلوب حفظ کنیم.

با استفاده از کنترل مشعل‌ها که شامل جاگذاری موازی کنترل‌ها، کنترل‌های cross-limiting و کنترل‌های هدایت اکسیژن می‌شوند، می‌توان به حد مطلوب دست  یافت. این نوع کنترل‌ها از کنترل  سنتی jackshaft  مکانیکی گزینه‌های بهتری می‌باشند. در ادامه به توضیح مختصری از انواع کنترل مشعل‌ها می‌پردازیم:

Mechanical jackshaft control

ساده‌ترین نوع کنترل میزان سازی مشعل می‌باشد و عموما در دیگ‌های کوچک‌تر استفاده می‌شود. همچنین به آن کنترل تک نقطه نیز می‌گویند چرا که نصب یک وسیله ارتباطی مکانیکی به تنهایی هوا و سوخت را کنترل می‌کند. این کنترل‌ها قادر به اندازه گیری جریان هوا و جریان سوخت نیستند. دامنه کنترل آن‌ها محدود است و زمانی که میزان هوای اضافی از حد نرمال عبور می‌کند این کنترل‌ها تحت همه شرایط و محدوده‌های اشتعال مختلف، امنیت فعالیت را تضمین می‌کنند.  Slopدر وسایل ارتباطی صحت و تکرار کنترل را دشوار می‌سازد و نیازمند نگهداری و تنظیم مداوم است.

کنترل‌های موازی از موتورهای جداگانه برای تنظیم جریان سوخت و جریان هوا استفاده می‌کنند و هر یک از موتورها را قادر می‌سازد تا در کل محدوده اشتعال دیگ تنظیم شوند. در حین نصب معمولا ۱۰ تا ۲۵ نقطه ترسیم می‌شود تا یک منحنی از جریان هوا و متناظر جریان سوخت ایجاد شود. نسبت هوا- سوخت می‌تواند در طول محدوده اشتعال متفاوت باشد تا نسبت بهینه را در شرایط مختلف اشتعال آماده کند. همچنین با استفاده از دمپرهای الکترونیکی، این روش کنترل به میزان زیادی قابل تکرار است.

Cross-limiting controls

 معمولا در دیگ‌های بزرگتر استفاده می‌شود. کنترل‌ها را برای یافتن و جبران عوامل مؤثر بر نسبت بهینه هوا-سوخت اعمال می‌کند. جریان هوا و جریان سوخت، برای حفظ میزان مساعد که در طول کالیبره مقدماتی تعیین شده است، اندازه گیری و تنظیم می‌شوند.

کنترل هدایت اکسیژن برای اتصال با کنترل‌های استاندارد موازی و cross-limiting استفاده می‌شود. این کنترل برای حفظ مقدار ثابت از اکسیژن اضافی، اکسیژن موجود در گاز هواکش را آنالیز و نسبت هوا- سوخت را تنظیم می‌کند. این کنترل‌ها معمولا در دیگ‌های بزرگ که مصرف سالانه سوخت آن‌ها زیاد است استفاده می‌شود  و تنها با کنترل استاندار می‌تواند راندمان انرژی را تا ۱ الی ۲ درصد افزایش دهد.

نمایشگرهای اندازه‌گیری دیگ موتورخانه

ممکن است که در سیستم توزیع آب گرم، نشتی ایجاد شود. این نشتی باعث افزایش مصرف آب و انرژی سیستم و همچنین آسیب‌های ناشی از نشت آب می شوند. برای سیستم توزیع آب داغ و بخار باید آب جبرانی فراهم شود تا با بخار و آبی که از طریق نشتی از دست رفته است جایگزین شود. این یک راه حل آسان برای اطمینان از وجود آب دائمی در سیستم است. بهترین کار نصب یک وسیله اندازه‌گیری در خط جبرانی سیستم است. وسیله اندازه‌گیری باید هر هفته بررسی و از دست رفتن غیر منتظره آب سیستم چک شود.

در سیستم‌های بخار، بهترین کار نمایش روزانه میزان آب جبرانی است. از آنجایی که بخار از سیستم نشت می کند، وجود آب جبرانی اضافی برای جایگزینی بخار از دست رفته الزامی است. نمایش میزان آب جبرانی این اطمینان را به شما می دهد که برگشت بخار تقطیر شده را به حداکثر رسانده و به سبب آن نیاز به آب جبرانی را کاهش داده اید.

عملکرد فصلی

اگر سیستم بخار یا آب داغ برای مدتی از سال استفاده نمی‌شود، خاموش کردن سیستم موجب صرفه‌جویی و ذخیره مقدار قابل توجهی از انرژی می‌شود. اگر دیگ در دمای هنگام فعالیت بماند، معادل حالت استندبای انرژی مصرف می‌کند. در سیستم آب داغ مصرف انرژی می‌تواند شامل فعالیت پمپ هم بشود.

راه اندازی چند دیگ در موتورخانه 

در مجتمع‌های تجاری بار دیگ در تابستان و زمستان، شب و روز و روزهای کاری و آخر هفته  تفاوت زیادی دارد. با استفاده از یک دیگ نمی‌تواند به خوبی این تفاوت بار را اعمال کرد. وقتی گرمای تولید شده توسط دیگ در پایین‌ترین میزان اشتعال، از گرمای مورد نیاز ساختمان بیشتر شود، سیکل دیگ قطع خواهد شد. راه اندازی و قطع سیکل در دیگ اصلا کارآمد نیست چرا که در هر سیکل یک تخلیه قبل از احتراق و یک تخلیه بعد از احتراق برای هدایت گرما به بیرون از دیگ انجام می‌شود. همچنین در رابطه با دیگ‌هایی که عمل تعدیل را انجام نمی‌دهند، هنگامی که راندمان احتراق در بهترین حالت خود قرار دارد‌، فرآیند سیکل اجازه فعالیت دیگ را در دیگ دوم و مقدار اشتعال ثابت نمی‌دهد.

اگر یک ساختمان چندین دیگ داشته باشه، ممکن است بتوانید برای جلوگیری از سیکل مکرر از به ترتیب روشن کردن دیگ‌ها  استفاده کنید. اگر از دیگ‌هایی استفاده می‌کنید که تعدیل انجام نمی‌دهند، بهتر است به جای قطع و وصل کردن چندین دیگ که بار به آن‌ها وارد شود، هنگامی که ظرفیت یک دیگ تکمیل شد از دیگ بعدی استفاده کنید. از طرفی دیگر در دیگ‌های تعدیل کننده، در وضعیت تقسیم بار راندمان دیگ افزایش پیدا می‌کند. بنابراین استفاده هم زمان از چند دیگ در وضعیت تقسیم بار، از به کار بردن یک دیگ با بازده ۱۰۰% سودمندتر است. شکل شماره ۷ رابطه بین میزان اشتعال و راندمان را در دیگ‌های با قابلیت تعدیل استفاده جریان هوا و سوخت، نشان می‌دهد.

راندمان به عنوان تابعی از مصرف سوخت و هوا برای تعدیل کردن در دیگ ها

و در نهایت مرتب سازی اتوماتیک دیگ‌ها برای عملکرد مساعد بسیار با اهمیت‌اند. هنگام شب و آخر هفته‌ها که بار ساختمان کاهش پیدا می‌کند، اگر هنگام نیاز دیگ‌ها خاموش نشوند ممکن است سیکل دیگ افزایش پیدا کند.

حالت استندبای (Standby)

اگر ساختمان شما دارای چند دیگ است باید برآورد کنید که آیا واقعا لازم است دیگ‌ها را در حالت استندبای قرار دهید یا خیر (در فشار و دما)، چرا که این عمل باعث مصرف بیهوده انرژی خواهد شد.

دیگی که در حالت استندبای قرار دارد نه تنها سیکل را قطع و وصل می‌کند بلکه در طول از دست رفتن تشتعشعات، گرما را به محیط پیرامون آزاد می‌کند که به میزان قابل توجهی درصد توان ورودی دیگ را هنگام کاهش میزان اشتعال، افزایش می‌دهد. در مقادیر کم اشتعال مثلا هنگامی که دیگ در حالت استندبای حفظ شده است، افت راندمان می تواند به ۱۵% برسد. حفظ حالت استندبای دیگ باعث ریکاوری سریع در صورت خرابی دیگ قبلی شود اما این عمل باید با مصرف عظیم و بیهوده انرژی سنجیده شود. اگر در فعالیت شما نیازی به دیگ در حالت استندبای نیست و یا فقط در فصول خاصی احتیاج است، حتما باید تمامی دیگ‌هایی که به آن احتیاج ندارید را خاموش کنید تا از از دست رفتن انرژی جلوگیری کنید.

توالی اعمال کردن کنترل محدودکننده دیگ موتورخانه

در تأسیسات علاوه بر محدود کردن، توالی فعالیت سیستم نیز برای دستیابی به راندمان انرژی حائز اهمیت است. امروزه با کابرد عموم از سیستم های VAV( حجم متغیر) در مجتمع‌های تجاری، اغلب به گرمایش و سرمایش هم‌زمان و گرم شدن بیش از حد هوای اولیه توجهی نمی‌شود. اعمال کردن محدودیت‌های دیگ بر اساس دمای هوای خارجی، مثلا هنگامی که دمای هوا از ۱۸.۳ درجه سانتیگراد بیشتر است، روش مؤثری برای جلوگیری از ایجاد این وضعیت می‌باشد.

دیگ‌های چگالشی

در دیگ‌های چگالشی برای فعالیت و عملکرد درست، طراحی سیستم و شرایط فعالیت سیستم بسیار حیاتی است. برای دستیابی به راندمان مساعد در دیگ‌های چگالشی دمای آب برگشتی معمولا باید پایین تر از ۵۴.۴ درجه سانتیگراد باشد. دمای بالاتر از ۵۴.۴ درجه سانتیگراد آب برگشتی از تقطیر گاز هواکش جلوگیری می‌کند و باعث می‌شود که راندمان دیگ تفاوتی با دیگ‌های سنتی نداشته باشد.

تاثیر دمای برگشتی بر راندمان دیگ های چگالشی

صرفه‌جویی در مصرف گاز دودکش

صرفه‌جویی در گاز هواکش بهترین فرصت ریکاوری گرما را ایجاد می‌کنند. در دودکش دیگ ضرورت مبدل‌های حرارتی برای انتقال گرما از گاز دودکش به آب برگشتی یا تغذیه دیگ یا هوای احتراق وجود دارد. حتی در دیگ‌هایی کارایی خوبی دارند و فعالیت آن‌ها با دمای نسبتا پایین گاز دودکش است، یک اتاق بزرگ برای ریکاوری مقداری از گرمای گاز دودکش وجود دارد که در صورت عدم ریکاوری از دودکش بالا می‌رود. صرفه جویی در هدر رفتن گاز از دودکش معمولا راندمان کلی دیگ را ۳ تا ۴ درصد افزایش می‌دهند.

بهترین روش‌های نگهداری دیگ موتورخانه شوفاژ

پاکیزه نگه داشتن دیگ موتورخانه

همان‌طور که در مطالب قبل اشاره شد، هر نوع پسماند مانند دوده یا رسوب، که سطح انتقال گرما دیگ را بپوشاند باعث کاهش راندمان و افزایش احتمال خرابی قطعات و تجهیزات  می‌شود. پاکسازی این سطح با توجه به توصیه‌های سازنده برای طول عمر تجهیزات و حفظ عملکرد بهینه دیگ الزامی است. پسماندی که لوله‌های دیگ را می‌پوشاند جلوی انتقال گرما را می‌گیرد و دمای گاز هواکش را افزایش می‌دهد. اگر سوختن ناقص رخ دهد، دوده‌های حاصل از آن در قسمتی از لوله که احتراق رخ داده است انباشته می‌شود. مشابه این امر، تصفیه نامناسب آب در بخش‌های آبی لوله‌ها باعث انباشته شدن رسوب دراین قسمت‌ها می‌شود. تنها یک لایه نازک با ضخامت ۰.۰۳ اینچ از دوده یا رسوب می‌تواند انتقال گرما را تا ۹/۵ درصد و یک لایه با ضخامت ۰.۱۸ اینچ تا ۶۹% کاهش دهد.

عملیات سختی‌گیری آب

عملیات سختی‌گیری آب به طور صحیح برای حفظ عملکرد مساعد دیگ ضروری است. هر عمل سختی‌گیری آب باید بر اساس مواد معدنی حل نشده در آب جبرانی، درصد بازگشت تقطیر، و درصد هوا گرفتن باید به طور اختصاصی برنامه‌ریزی و طراحی شود. جامدات حل نشده در آب دیگ و میزان سختی آب در موتورخانه‌های کوچک و کم فشار باید به صورت روزانه و در موتورخانه‌های بزرگ و پرفشار به صورت ساعتی تست شوند. بررسی سالانه دیگ‌ها باید شامل بازرسی و آزمایش کامل برای علائم رسوب و یا خوردگی در سطوحی که با آب مجاورت دارند، باشد. وجود حتی یک لایه نازک رسوب از انتقال گرما جلوگیری می‌کند و به موجب آن راندمان احتراق را کاهش می‌دهد.

سیر صعودی دمای گاز دودکش در طول هفته یا ماه معمولا نشان دهنده این است که در بخشی آبی یا بخش آتش سطح تبادل حرارت دیگ، ته‌نشینی ایجاد شده است. اگر این حالت مشاهده شود دیگ باید سریعا مورد بررسی قرار گیرد.

به حداقل رساندن زیرآب زنی دیگ موتورخانه

وجود مقادیر زیاد تجمع جامدات حل نشده ( TDS ) در آب دیگ می‌تواند باعث رسوب و کاهش راندمان دیگ شود. بنابراین حفظ مقدار جامدات پایین تر از حد مشخص الزامی است. هنگامی که سختی کل افزایش پیدا می‌کند، احتمال ته‌نشینی و ایجاد رسوب بالا می‌رود. کشیدن آب که به آن زیرآب زنی دیگ می‌گویند، باید مقداری از جامدات حل نشده را حذف و مقدار  سختی کل را در پایین‌تر از میزانی که باعث رسوب می‌شود حفظ کنیم. مقادیر کم ولی ثابت و مکرر زیر آب زنی از مقادیر بالا ولی به ندرت آن بهتر است چرا که باعث حفظ انرژی، آب و مواد شیمیایی می‌شود. دیگ‌های بخار بزرگ با بار ثابت باید در جایی که مقادیر کم آب به طور مداوم از دیگ کشیده و آب جبرانی تازه تولید می شود، زیرآب زنی مداوم داشته باشند.

بررسی و تعمیر عایق‌بندی

عایق کاری برای لوله‌های تقطیر و بخار الزامی است. لوله‌ها، شیرها و لوازمی که عایق‌کاری نشده‌اند باعث هدر رفتن مقدار زیادی انرژی می‌شوند. عایق کردن هر سطحی با دمای بالاتر از ۵۴.۴ درجه ی سانتیگراد، معمولا اثر بخشی خوبی دارد. عایق نکردن لوله‌های آب داغ، تقطیر و بخار در مکان‌هایی که هوا تهویه شده باشد، دو برابر هدر رفتن انرژی را در پی دارد چرا که گرمای از دست رفته از لوله‌ها باید با تهویه بیشتر حذف شود.

الگوی گزارشات نگهداری و چک لیست‌های دیگ موتورخانه

بهترین روش‌های نگهداری و بهره برداری دیگ با حفظ زمان‌بندی منظم بررسی گزارشات و چک لیست‌ها برای تضمین عملکرد صحیح تجهیزات شروع می‌شود. گزارش فشار، دمای آب و دمای گاز هواکش باید روزانه ثبت شود تا بتوان از آن‌ها به عنوان مرجع پایه برای عیب‌یابی در عملکرد سیستم استفاده کرد. اعمال بررسی‌ها و چک آپ‌های جزئی‌تر باید برای ارائه عملکرد سیستم می‌تواند حائز اهمیت باشد چرا که بدون این کار ممکن است طی مدتی تغییرات تدریجی در عملکرد سیستم ایجاد شود که به وضوح قابل مشاهده نباشد.

راهنمایی دستیابی به راندمان عملکرد به طور مثال شامل گزارشات بررسی و نگهداری روزانه، هفتگی و ماهانه که می‌توانید در ساختمان اعمال کنید. در ادامه چک لیست نگهداری بر اساس روش‌های به کارگیری توصیه شده در این مقاله فراهم شده است.

خدمات ” پشتیبانی و نگهداری تاسیسات ساختمان ” چیست ؟

جدول ۱: چک لیست الگوی روزانه دیگ موتورخانه

جدول ۲: چک لیست الگوی هفتگی دیگ موتورخانه

جدول۳: چک لیست الگوی ماهانه دیگ موتورخانه

جدول ۴: چک لیست الگوی سالانه دیگ موتورخانه

منابع

1. Capehart, B., Turner, W. and Kennedy, W., 2006. Guide to Energy Management.
2. ASHRAE Handbook, HVAC Systems and Equipment, 2008.
3. Boiler and Heaters, Improving Energy Efficiency, Canadian Industry Program for Energy Conservation, August 2001ry 2005.  http://www1.eere.energy.gov/femp/pdfs/om_combustion.pdf
4. FEMP O&M Best Practices, a Guide to Achieving Operational Efficiency, U.S. Department of Energy, August 2010.  http://www1.eere.energy.gov/femp/pdfs/omguide_complete.pdf
5. Efficient Boiler Operations Sourcebook, Fourth Edition, F. William Payne and Richard E. Thompson, 1996.
6. The Control of Boilers, 2nd Edition, Sam G. Dukelow, 1991.

Other Resources

1. The National Board of Boilers and Pressure Vessel Inspectors, http://www.nationalboard.org/default.aspx.
2. ۲۰۱۰ ASME Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC), http://go.asme.org/bpvc10.